煤层注空气置驱甲烷作用实验研究

摘要

本文旨在研究以下两方面内容：注空气置驱煤中甲烷实验过程中注入的N2和O2所起到的置换和驱替比例变化关系以及注入空气的累计置换作用和驱替作用主导作用，建立注空气置驱煤中甲烷模拟实验装置，恒定垂直加载应力为 150KN，保证注气开始时刻煤中甲烷的压力为 0.1MPa，分别在 0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa和1.4MPa的注空气压力下对煤中甲烷置驱效果展开实验研究，得出以下结论： （1）四组实验：实验时间分别为1865min、1230min、886min和388min，N2突破时间分别在15-18min、8-12min、6-8min和0-2min之间，O2突破时间分别在29-35min、8-12min、6-8min 和 0-2min 之间。实验过程中析出混合气体 N2和 O2比例从大于 3.76（空气的原始浓度比例为 79%：21%=3.76），最终降低至 3.76 以下，随后又逐渐回升至 3.76，该现象证实了气体在煤体中的运动是煤体对该气源的吸附性能、煤体对该气源产生的摩擦阻力和煤体内多元气体相互作用的结果。 （2）注气压力不变，甲烷的析出流量和置驱效率先迅速升高，达到峰值后再降低。注气压力越高，甲烷的析出流量越大，置驱效率越低。 （3）四组实验开始后，N2和O2均未突破时，N2和O2均全部滞留于煤体，此时滞留的这部分气体可以理解为主要表现出置换作用，驱替作用稍弱，随着N2和O2逐渐突破，N2和O2的各自的滞留比例从100%逐渐减小，两者的驱替比例均不断升高，表明此刻注入的N2和 O2表现出置换作用在减小，驱替作用在增强，置换作用逐步向驱替作用过渡。实验前期O2的置换比例要高于N2置换比例，后期，N2的置换比例要高于O2置换比例，转折点分别出现在394-544min、279-293min、182-192min、128-138min。 （4）在0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa和1.4MPa注空气压力下整个实验过程中，累计置换比例分别为20%、16%、25%和35.6%，累计驱替比例分别为80%、84%、75%和64.4%，累计驱替作用均占主导作用。

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